基于EDEM的垂直螺旋输送机对餐厨废弃颗粒输送能力的仿真分析

垂直螺旋输送机主要用于餐厨废弃物粉碎压缩脱水后颗粒的提升过程，粉碎压缩脱水处理过的餐厨废弃物颗粒具有一定粘性，这对垂直螺旋输送机的输送能力产生了一定的影响。本文基于EDEM离散元分析软件，以螺旋轴转速和输送机直径为研究变量，研究垂直螺旋输送机对餐厨废弃颗粒的输送能力。结果表明：在输送机结构和进料速度不变的情况下，对于带有粘性的餐厨废弃物颗粒，螺旋轴的转速越高，输送机内的颗粒速度在竖直向上的分量值越大，填充率越小；在输送机进料速度和螺旋轴转速不变的情况下，螺旋轴直径越大，输送机内的颗粒速度在竖直向上的分量越小，填充率越大，颗粒在水平面上的运动越剧烈。     

防堵式生物质颗粒水平螺旋进料器的设计

生物质快速热解过程中,连续不间断地供料是反应进行的关键.普通的螺旋进料器在输送生物质小颗粒时容易出现堵塞.通过对进料器两端轴承的受力分析并且观察在输料过程中出料口和进料口出现堵塞的情况,根据螺旋轴两端受力不同选择了不同的轴承,在出料口设计半圈或者一圈相反旋向的螺旋叶片,在进料口设计由凸轮-弹簧-导杆组成的防堵机构.所设计的防堵式水平螺旋进料器在实际运用中具有进料流畅、稳定均匀、密封性好等特点.     

肉兔养殖用弹簧螺旋喂料机输送性能试验研究

针对弹簧螺旋喂料机在肉兔养殖的颗粒饲料输送过程中存在易破碎、易残留、料盒喂料量波动大的问题,同时为了提高弹簧螺旋喂料机的输送量,对弹簧螺旋喂料机输送过程中颗粒饲料的受力状态和输送机理进行分析;采用自行设计的弹簧螺旋喂料机试验平台,以颗粒饲料破碎率、管内残留率、输送量和喂料稳定性为评价指标,以进料口处绞龙固定连接轴的长度、螺旋间隙、螺旋转速为试验因素进行组合正交试验。试验结果表明:1)螺旋间隙对破碎率、残留率、输送量和喂料稳定性均有显著性影响(P0.05),螺旋转速和轴长仅对输送量有显著性的影响(P0.05);2)随着间隙的增大,破碎率、残留率显著降低,喂料稳定性及输送量显著提高;随着转速增加、轴长减少,输送量显著提升;3)优化后的弹簧螺旋喂料机参数组合为绞龙固定连接轴的长度180mm、螺旋间隙4.6mm(螺旋管内径为46mm)、螺旋转速169r/min,与现有的弹簧螺旋喂料机输送性能相比,其破碎率降低了84.7%,残留率降低了3.9%,输送量提高了30.7%,喂料稳定性提高了27.1%     

基于DEM仿真与试验验证的双轴螺旋输送机结构优化分析

针对螺旋输送机的输送效率问题,对双轴螺旋输送机输送颗粒物料的过程进行离散元法数值计算,并与单轴螺旋输送机输送物料的试验和模拟结果进行对比。在试验验证了仿真模型和参数正确的基础上,对双轴螺旋输送机的轴距和螺距2个参数与质量流速率(■)间的定量关系进行二元二次多项式拟合,得到拟合优度R~2=0.964 6的回归方程。研究结果表明:1)双轴的相对转动方向对■没有影响;2)螺距和轴距对■均有明显影响。■随着轴距的增大显著增大,大螺距时会在达到极值后趋于稳定或略有下降;■随着螺距的增大先增大至峰值后下降;3)双轴的螺距和轴距对颗粒运动影响显著。两轴中间位置颗粒的最小轴向平动速度与轴距呈现近似线性的递减关系,且螺距越大,其减小趋势越明显。     

菌包加工机中螺旋输送机的改进设计

螺旋输送机在现代化生产中使用广泛,它的使用对提高物料运输效率和实现生产机械的自动化具有重要意义。针对菌料松散度高、黏着性低等特点,从螺旋输送机的结构出发,对螺旋输送机的叶片尺寸、螺距、转速、运输量及运输效率进行分析计算。最终得出,针对由木屑、玉米芯等粉碎后,混合水、生石灰等搅拌而得的菌料,在保证其输送量达到0.35t/h的前提下,其螺旋输送机的螺旋叶片直径为100mm,螺旋轴直径为50mm,螺距为80mm,螺旋轴转速为158r/min。     

基于遗传算法的螺旋双轮排肥器优化设计与试验

【目的】对传统单螺旋排肥器排肥口物料流量随时间波动变化造成排肥均匀性低的问题进行改进。【方法】通过离散元法仿真分析单螺旋排肥器的排肥过程，针对单螺旋排肥器排肥均匀性低的问题设计一种螺旋双轮排肥器；通过理论分析确定该螺旋双轮排肥器理论排肥量，并建立以中心距、螺距、叶片高度、叶片厚度、螺旋叶片内径为设计变量，有效储肥体积为目标函数的数学模型，利用遗传算法对排肥器进行结构优化，并以史丹利复合肥颗粒为肥料对螺旋双轮排肥器进行台架试验验证。【结果】优化后结构参数分别为中心距49.8 mm,螺距32.5 mm,叶片高度15.2 mm,叶片厚度2.3 mm,螺旋叶片内径13.6 mm。对优化后的排肥器进行台架对比试验，在不同转速下螺旋双轮排肥器较单螺旋排肥器排肥均匀性波动系数平均减少26.62%,实际排肥量平均提升75.41%,并得到螺旋双轮排肥器转速与排肥量的线性函数方程。【结论】螺旋双轮排肥器解决了单螺旋排肥器的现存排肥流量波动问题，优化后的排肥器排肥均匀性更好，排肥量更大，且可实现转速变化控制精量施肥。     

螺旋式扶蔗器力学分析及试验研究

为了改善4ZZX–48型整秆式甘蔗收割机的扶蔗质量,设计加装了螺旋式扶蔗器。该扶蔗器由拣拾段和输送段2段组成,当螺旋滚筒转动时,螺旋形叶片的转动形成螺旋线,带动倒伏的甘蔗沿着螺旋线作上升运动,实现动力的传送,扶起甘蔗。对该机构进行的力学仿真结果表明,拣拾段甘蔗根部约束力矩最大,甘蔗被从顺倒伏到逆倒伏扶起过程中,螺旋叶片的轴向推力作用显著,在0.8 s时,有突变且达到最大值。甘蔗扶起性能试验结果表明,当扶蔗器拣拾段转速为90 r/min,安装角为5°时,分蔗效果好,扶起时间最短;至输送段,螺旋叶片轴向推力转换为提升力,甘蔗约束力矩减弱,无突变,平稳扶起甘蔗,但扶蔗器输送段转速过慢,螺旋叶片阻碍甘蔗上升,当转速为120 r/min时,对甘蔗的扶起效果最好。     

单纵轴流脱粒滚筒的设计与性能试验

针对4LZ–3.0型联合收割机在水稻喂入量和草谷比较大时脱粒滚筒易堵塞的问题,设计了一种单纵轴流脱粒滚筒。该滚筒主要由喂入螺旋装置、辐条、辐盘、脱粒杆齿、排草板组成。脱粒时水稻由搅龙经输送槽输送至喂入螺旋装置处,经螺旋装置叶片轴向输送至脱粒杆齿滚筒进行脱粒。为探讨螺旋装置喂入适应性能,通过单头、双头和三头螺旋装置的选型试验,选定了三头喂入螺旋的脱粒滚筒,以滚筒转速、导向板倒角、脱粒间隙为因素,籽粒破碎率和未脱净损失率为性能评价指标,运用回归分析方法建立了该脱粒系统的数学模型,优化确定了其最佳工作参数组合。试验结果表明:当滚筒转速为800 r/min、导向板导角为23.7°、脱粒间隙为20 mm时,籽粒破碎率为0.113%,未脱净损失率为0.071%。     

汽爆系统中进料密封阀门的结构设计及稳定性分析

针对汽爆系统中进料口阀门进料效率低,容易漏气等问题,设计了一种集进料、密封和开启为一体的进料密封阀门。根据阀门的材质和使用环境,对阀门中的阀芯进行了理论分析,并利用ANSYS Workbench软件对其进行强度分析,得到了阀芯的最大变形量发生位置以及能够满足其稳定进料和密封时螺旋轴的最佳直径和最佳转速,经理论计算和强度校核,阀门在正常工作环境下,其阀芯的强度完全满足设计要求。对不同进料时间和转速对阀门的进料稳定性影响进行试验研究,确定150 kg玉米秸秆完成进料时的最佳转速为200 r·min-1,最佳进料时间为5 min。     

基于离散元法的螺旋进料器物料流动特性分析

针对附属于给定机型颗粒成型机上的螺旋进料器,对玉米秸秆粉料在进料器内的流动特性进行了模拟分析。利用离散元分析软件EDEM,创建了螺旋进料器部件的几何模型,并对玉米秸秆粉料颗粒接触模型和颗粒生成方法进行了研究,通过离散元模拟获得了现有工况下螺旋进料器工作时的粉料流动状态。采用HERTZ-MINDLIN无滑移接触模型,取重力加速度为9.81m·s~(-2),设置接触参数并生成了秸秆颗粒25000个进行仿真模拟。结果表明:在T=13.80~14.30s阶段为一典型的出料波动周期。出料过程中粉料呈浪涌流动状态的不连续脉动流;进一步分别针对颗粒密度、粒径大小、壁面摩擦因数、螺距、螺旋叶片内径参数进行了流态和速度的影响因素分析。颗粒密度分别取40,80,120kg·m~(-3)时,出料所需时间分别为21.37,17.68,15.01s;粒径分别取为2,1.8,1.6mm时,出料所需时间分别为17.68,18.06,19.37s;壁面静摩擦因数分别取为0.58,0.48,0.38时,出料所需时间分别为17.68,16.03,15.84s;螺旋叶片内径分别取为50,60,70mm时,在整个模拟时长20s内出料的平均流量分别为16.73,12.61,8.96g·s~(-1)。其中颗粒密度越大,粒径越大,则出料速度越快,但对粉料流态无明显影响;壁面摩擦因数越小、螺距越大、螺旋叶片内径越小,则出料口流速越快,流场分布越宽,落料范围越大,流态越剧烈。本研究可为适用于生物质颗粒成型机的螺旋进料器的设计和改进提供参考。     

揉碎玉米秸秆螺旋输送装置参数试验优化

针对农业纤维物料螺旋输送装置输送功耗大、效率低的问题,以比能产量和功耗为输送性能的评价指标,采用Box-Behnken响应面试验方法进行试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,并以比能产量最大,功耗最小为优化目标,对影响螺旋输送性能的结构与工作参数进行优化。结果表明,当螺距为300～355mm,螺旋轴转速100～140r/min、喂入量30～70kg/min时,螺旋输送装置能满足较高效率较低能耗输送要求;各因素对比能产量影响的主次顺序为:喂入量、螺距、螺旋轴转速;影响功耗的主次顺序为:喂入量、螺旋轴转速、螺距;螺旋输送装置优化参数组合为:螺距325mm,螺旋轴转速100r/min,喂入量30kg/min。优化后螺旋输送装置的比能产量为0.084 6kg/W,较优化前提高了4.96%,功耗为439.781W,较优化前降低了2.44%。     

4U-1400马铃薯联合收获机分离输送装置的参数分析与试验

针对国内马铃薯联合收获机纵向尺寸较大、田间作业掉头不灵活、通过性及稳定性较差的问题,对4U-1400马铃薯联合收获机分离输送装置进行参数分析。主要对该分离输送装置进行理论分析与仿真,并通过田间试验进行验证。田间试验过程发现,当二级土薯分离输送装置刮板高度≥60mm,输送速度为0.8~1.0m/s,倾斜角度≤36°时,薯块输送较平稳,不易伤薯且土薯分离效果较好。该分离输送装置集土薯分离功能和大倾角薯块输送功能于一体,整机结构紧凑。该收获机薯块装袋作业适应于土质疏松、无板结的旱地(覆膜)种植马铃薯的收获;当土壤湿度较大、结块严重时,亦可将薯块集中堆放(液压操纵)或条铺于地面。     

螺旋式输送装置参数优化研究

为了提高农业纤维物料螺旋式输送装置的输送性能,降低输送功耗,提高生产率,利用MATLAB软件对比功耗数学模型进行单变量优化分析,并结合试验验证了理论分析的一致性。试验结果表明:螺旋式输送装置输送性能最佳的取值范围是:喂入量30～70 kg/min、螺距300～355 mm、螺旋轴转速97～137 r/min。以比功耗作为输送性能评价指标,采用3因素3水平的Box-Benhnken响应面分析法进行参数优化试验,得到了影响比功耗各因素的主次顺序:喂入量、螺距、螺旋轴转速。以比功耗最小为优化目标,利用Design-expert的优化模块对试验结果进行分析,确定出各因素对指标影响的最佳参数组合:螺距335 mm、螺旋轴转速117 r/min、喂入量30 kg/min,输送性能优化后比优化前提高了8%,上述成果满足预期设计目标,可为螺旋式输送装置的参数优化和结构改进提供一定的参考和指导。     

收割机提升搅龙中干燥稻谷的CFD-DEM数值模拟

针对联合收割机刚收获的稻谷由于含水率较大而易霉变的问题,提出了利用远红外联合热风将稻谷在收割谷物提升搅龙中直接干燥的方法。设计了红外加热器安装在搅龙中心的内加热和安装在搅龙外筒上的外加热2种方案,采用CFD-DEM耦合方法对稻谷运动、传热传质过程以及搅龙内的流场进行了仿真分析,并采用外筒加热方案试验对仿真结果进行了验证。结果表明：模拟值和试验值变化趋势一致,最大相对误差仅为8.34%,试验和仿真结果基本吻合;在不同搅龙转速、热风温度、热风风速和喂入量条件下,外加热方案脱水速率比内加热方案至少快2.91%,说明外加热方案干燥效果优于内加热方案;谷粒的升温随着搅龙转速、热风速度和喂入量的增大而减小,随着热风温度的增大而增大;谷粒脱水速率随着搅龙转速和喂入量的增大而减小,随着热风温度和热风速度的增大而增大。上述研究结果为联合收割机谷物提升搅龙中集成干燥装置的设计及干燥过程的优化提供了理论依据。     

油葵联合收获机割台搅龙与链耙输送器关键部件设计

针对现有联合收获机割台搅龙向链耙输送器输送油葵时产生的回带和堵塞问题,对搅龙和链耙输送器关键部件进行优化,设计加工试验台架并进行了试验研究.单因素试验确定搅龙转速最优水平为170r·min-1、搅龙拨板倾角最优水平为12°,输送槽倾角和搅龙底板倾角最优水平为25°,刮板高度最优水平为50mm,输送间隙最优水平为25 mm.根据单因素试验结果搅龙转速、搅龙拨板倾角和输送槽倾角对输送效果影响较大,正交试验表明,影响输送效果的主次因素为输送槽倾角、搅龙转速、搅龙拨板倾角,最优参数组合为搅龙底板倾角和输送槽倾角均为25°,搅龙转速170r·min-1,搅龙拨板倾角12°;该条件下输送率为100％,籽粒脱落率不足0.6％,输送过程稳定可靠,不存在堵塞问题,完全满足油葵联合收获机的作业要求.     

滚筒式茶叶提香机结构参数优化

针对滚筒式茶叶提香机烘焙过程中碎茶率过高、影响烘焙质量的问题,基于离散元法理论,对其关键结构参数进行优化设计。利用SolidWorks 2014软件建立滚筒式茶叶提香机的三维几何模型,通过EDEM 2018软件对茶叶烘焙过程进行数值模拟,研究不同滚筒转速和滚筒倾角下茶叶颗粒的运动变化规律,并分析其对茶叶烘焙效果的影响。以六安瓜片为试验材料,采用二次正交旋转组合试验,进行滚筒式茶叶提香机烘焙试验。结果表明:影响滚筒式茶叶提香机烘焙效果的结构参数包括滚筒转速和滚筒倾角。优化的结构参数为滚筒转速33 r·min^-1、滚筒倾角3.7°。在此条件下,碎茶率为6.7%,感官审评得分为90.6,茶叶具有良好的烘焙品质。     

水稻内充气力式精量穴播排种器导种管的设计与试验

为满足自行研制的水稻内充气力式精量排种器定距成穴的排种要求,对排种器的投种过程进行运动学分析,构建了稻种的理论投种轨迹,并以此设计了一种具有投种轨迹特征形状的变截面矩形导种管。运用离散元方法与台架排种试验,对影响排种成穴性与均匀性的导种管底板倾角与吸种滚筒转速进行仿真分析。结果表明,每穴颗粒排出最大时间差与相邻穴时间间隔变异系数均随导种管底板倾角减小和吸种滚筒转速增大而增大;台架排种试验表明,穴径平均值与穴距变异系数均随导种管底板倾角减小和吸种滚筒转速增大而增大,与仿真分析结果相吻合,导种管底板倾角取77°时,能适应不同的排种频率,穴粒数合格率高于90.0%,漏播率低于2.2%,重播率低于8.0%,穴径平均值小于28.33 mm,穴径合格率高于91.33%,穴距平均值约为200.00 mm,穴距变异系数小于11.10%,可满足水稻精量穴直播的农艺要求。     

稻麦两用螺旋舀种式排种器排种性能试验

设计了一种稻麦两用螺旋舀种式排种器,确定了该排种器关键部件的结构和参数;运用Design-Expert软件进行数据分析,得到最优参数组合,采用响应面试验方案,进行台架验证试验。结果显示:播种水稻时,在转速为45 r/min、倾斜角度为3°、出种孔长度为9 mm情况下的合格率为78.20%,重播率为3.71%,空穴率为1%,穴距合格率为97.93%,穴距变异系数为16.17%;播种小麦时,在转速为60 r/min、倾斜角度为1°、出种孔长度为9 mm,此组合下的合格率为93.37%,重播率为3.44%,空穴率为3.19%,穴距合格率为93.60%,穴距变异系数为25.50%。     

山核桃破壳机的设计

设计了一种基于挤压方式的山核桃破壳机械。特殊设计的螺旋碾桶和轧辊配合,实现山核桃破壳。选择轧楞倾角、碾桶螺距和轧辊转速为正交试验的3个因素,并通过极差分析和方差分析,确定轧楞倾角为15°、轧辊转速20 r/m in和碾桶螺距为2倍栅格宽度为其最优组合。试验结果表明,该设备破壳率99.4%、碎仁率为0.6%,改善了破壳质量,并提升了山核桃破壳机械化生产水平。